Impact van klimaatverandering. Klim aatverandering is van alle tijd e n, en kan

Transcriptie

1 De K.U.Leuven heeft in sam enwerking met het K oninklijk M eteorologisch Instituut van België in opdracht van het W aterbouwkundig Laboratorium van de Vlaamse Overheid klimaatveranderingsscenario's voor Vlaanderen opgesteld. Op basis van de huidige klim aatm odellen blijkt dat de neerslaghoeveelheden in Vlaanderen tijdens de w inters to t 16% kunnen toenem en to t het jaar Voor de zom erm aanden kunnen de neerslaghoeveelheden m et 6% to t 20% dalen. Bovendien zal er beduidend meer w ater verdam pen, w a t de kans op w atertekorten verhoogt. De toenam e van de overstromingskans, die vaak m et klim aatverandering w o rd t geassocieerd, is m inder duidelijk. De eerste resultaten geven reeds duidelijke signalen naar de waterbeheerders. Patrick Willems, Omar Boukhris, Jean Berlamont, Katrien Van Eerdenbrugh, Peter Viaene en Joris Blanckaert Impact van klimaatverandering Klim aatverandering is van alle tijd e n, en kan zow el n a tu u rlijk voorko m e n ais d o o r m enselijke activiteiten zijn veroorzaakt. N atuurlijke kllm aatflu ctu atle s ontstaan bijvoorbeeld d o o r variaties In de zonne-energle, o.a. d o o r variaties In de rota tle a sva n de aarde, maar ook door variaties In de sto fco nce n tratle In de lu c h td o o r vulka a n uitb a rstin ge n. A nderzijds zijn e rd e m enselijke Invloeden zoals de toenam e In de u its to o t van broeikasgassen (vooral CO 2 ) en trends In het landgebruik (vb. verstening). Feit Is d a t w e re ld w ijd de te m p e ra tu u r m et gem iddeld 0.8 C Is toegenom en tijdens de laatste eeuw, w aarvan 0.5 C tijdens de laatste 30 jaar (figuur 1). Dat d it grotendeels het gevolg Is van de toenam e In de broeikasgassen Is algem een d o o r kllm atologen aanvaard. De effecten op de voorkom lngskansen van uitzo n derlijke neerslag, en op de hydrologische condities zoals de overstrom lngs- en laagw aterrlslco's zijn evenwel m inder duidelijk. In het kader van tw ee studieopdrachten w o rd t door de A fdeling Hydraulica van de K.U.Leuven een w etenschappelijk objectief a ntw oord gezocht voor d it vraagstuk. De Invloed w o rd t o nderzocht van klim aatverandering op hydrologisch extreme condities (ho o g w a te r en laagwater) langs Vlaamse rivieren. Een eerste studie Is recent afgerond en w erd uitgevoerd voor het W a te rb o u w k u n dig Laboratorium van het D epartem ent M o b ilite it en Openbare W erken van de Vlaamse Overheid m. In de studie Is een m ethode o n tw ikke ld voor het Inrekenen van klim aatverandering In toekom stige projecten van hydrologische en hydrodynamische m odellering langs bevaarbare w aterlopen, d it onder meer te r ondersteuning van het o n tw e rp van toekom stige w aterbeheerslngsprojecten. De m ethode Is uitgetest voor het Vlaamse Denderbekken. De K.U.Leuven had voor bepaalde deeltaken bij de studie een onderaannem lngsovereenkom st afgesloten m et Ingenieursbureau IMDC. Een tw eede studie w o rd t uitgevoerd voor Federaal W etenschapsbeleid In sam enwerking m et het Koninklijk 28 I H e t In g e n ie u r s b la d 1/2007

2 Foto 1 : W ereldwijd is de tem peratuur tijdens de laatste eeuw met gemiddeld 0.8 C toegenomen, waarvan 0.5 C gedurende de laatste 30 jaar. Het impact van deze klim aatwijzigingen op de voorkomingskansen van uitzonderlijke neerslag, en op de hydrologische condities zoals de overstromings- en laagwaterrisico's zijn to t nu toe niet erg duidelijk. op Vlaamse rivieren M eteorologisch In stitu ut van België (KMI). Deze studie heeft ais tite l "C lim ate change Im pact analysis on hydrological extremes along rivers and urban drainage systems" (CCI-HYDR project) en lo o p t nog to t elnde Ais voorlopige resultaten bij deze studie zijn kllm aatveranderlngsscenarlo's voor België opgesteld. Het voorllggend artikel g e e ft een sam envattende beschrijving van deze scenario's en van de Invloed op de hoog- en laagw aterproblem atlek langs een rivier zoals de Dender. Impactanalyse van klimaatverandering W e bespreken hier achtereenvolgens de deelaspecten van dergelijke m ethodologie, de verschillende klim aatm odellen en beschikbare m ethoden, en ten slotte de m ethode die w e selecteerden voor deze studie. D eelaspecten Voor het kw antificeren van de Im pact van klim aatverandering op het hydrologisch systeem dient men verschillende fysische com ponenten, variabelen en deelaspecten In rekening te brengen, zoals w eergegeven In figuur 2. Het klim aatsysteem en het hydrologisch systeem dienen gezam enlijk gem odelleerd te w orden, alsook hun Interacties. Het klimaatsysteem bestaat hierbij u it v ijf belangrijke com ponenten: de atmosfeer, de hydrosfeer, de cryosfeer, de landoppervlakte en de biosfeer. Een g ro o t aantal Interacties vinden plaats tussen deze Individuele com ponenten en er bestaan heel w a t externe Invloedsfactoren w a t de fysische m odellering van het klim aat - en zeker de klim aatverandering - bijzonder m oeilijk m aakt. D it w o rd t later ook duidelijk op basis van de grote verschillen tussen de resultaten van de verschillende klim aatm odellen. De onzekerheden In de m odellering en voorspelling van klim aatverandering zijn dus bijzonder groot. 1/2007 H e t In g e n ie u r s b la d 29

3 K lim aatverandering Bil i i Door een relatief kleine w ijzig in g aan te brengen aan één com p o n e n t van het klim aatsysteem, kan het systeem zich in zijn geheel sterk w ijzigen. Onzekere w ijzigingen in de samenstelling van de atmosfeer, door gew ijzigde emissies van broeikasgassen, leidt to t een onzekere verandering van het klim aatsysteem en dus ook van de im pact op hydrologische extremen. V a ria tio n s ö f ih a E iw ilv «su rfa c e È fl-m perniijffl; yaorrp ia g o io s iq d m Mi»! l i l i» m x p i r t i IM HMD.«u n i men kan trachten om deze invloed empirisch te achterhalen op basis van een statistische analyse van trends o f tijdsevoluties in de beschikbare langeterm ijn historische meetreeksen. D it is toepasbaar voor tijdreeksen bij de klim atologische variabelen, de hydrologische m odelinvoervariabelen (neerslag en ETo) e n /of de hydrologische m odeluitvoervariabelen (w aterhoogten en debieten langs de rivier). In de voorgestelde studie w o rd t een com binatie van beide m ethoden gebruikt, die tevens toelaat om de consistentie van de voorspellingen op basis van de fysisch-gebaseerde m odellen m et de empirisch bepaalde trends te controleren (zie de "feed b a ck" in figuur 2). B eschikbare m e th o d e n Figuur V Historische V e rs ch ille n d e k lim a a tm o d e lle n en toekom stig Voor de fysisch gebaseerde m odellering van het klim aatvoorspelde variaties systeem bestaan er een g ro o t aantal klim aatm odellen, in de mondiaal Zij m odelleren ais uitvoer klim atologische variabelen gem iddelde zoals luchttem peratuur, luchtvochtigheid, neerslag, oppervlaktetem pe- zonnestraling, w indsnelheid, enz. Bepaalde van deze ratuur [IPCC, 2001]. klim atologische variabelen kunnen g e b ru ikt w orden ais rechtstreekse invoer o f voor de berekening van de invoer voor de m odellering van het hydrologisch systeem, zoals de neerslag en de potentiële evapotranspiratie (ETo). M odellen voor het hydrologisch systeem voorspellen verder de hydrologische uitvoervariabelen zoals debieten en w aterhoogten. Zowel de klim aatm odellen ais de hydrologische m odellen kunnen opereren onder verschillende tijd - en ruim - teschalen. De standaard schalen van de klim aatm odellen zijn hierbij typisch groter dan deze voor de hydrologische m odellen, w a t een schaling van de klim atologische variabelen naar de hydrologische m odelinvoervariabelen noodzaakt. D it is de zogenaam de "d o w n sca lin g " (zie de "Inte rfa ce" tussen de klim aatm odellen en de hydrologische m odellen in figuur 2). Verder kan men tw ee w egen bew andelen bij het inschatten van de invloed van klim aatverandering; via: fysisch gebaseerde m odellen empirische trendanalyse. M en kan inderdaad de invloed van de gew ijzigde broeikasgasemissies op de klim atologische variabelen doorrekenen via de fysisch gebaseerde klim aatm odellen of Voor het inrekenen van elk van de deelaspecten voorgesteld in figuur 2 zijn verschillende m ethoden beschikbaar. W a t de m odellering van het klimaatsysteem betreft bestaan er tw ee soorten klim aatm odellen: de GCM 's ("G eneral C irculation M odels" o f "G lobal C lim ate M odels"): d it zijn m ondiale klim aatm odellen, die grofschalig zijn in tijd en ruim te. Ze leveren seizoensgem iddelde o f m aandresultaten voor een raster m et een grootteorde van 150 to t 300 km; de RCM's ("Regional Clim ate M odels"): deze regionale klim aatm odellen zijn kleinschaliger en geven dagresultaten op een 25 to t 50 km raster. Voor de sim ulatie van de toekom stige evoluties in de u its to o t van broeikasgassen en stofdeeltjes zijn aannames gem aakt over de verdere o n tw ikke lin g van de w ereldbevolking, de econom ie en de techniek in de 21e eeuw (de zogenaam de wereldbeelden). Gewijzigde broeikasgasemissies Klimaatmodel l, resolutie 1 Klimaatmodel 2, resolutie 2 Klimaatmodel i. resolutie i Figuur 2: Schematisch overzicht van de verschillende deelm odellen en deelaspecten betrokken bij de hydrologische impactanalyse van klimaatverandering. 30 I H e t In g e n ie u r s b la d 1/2007

4 Klim aatverandering I Foto 2: Laagwaterstand langs de Maas. Broeikasgasem issiescenario's Door het Intergovernm ental Panel fo r C lim ate Change (IPCC, 2001) zijn hierbij vier wereldbeelden en overeenkom stige broeikasgasemissiescenario's vooropgesteld: A1 : m ondiale m arkt; A2: veilig scenario; B1 : m ondiale solidariteit; B2: zorgzaam scenario. De scenario's 1 (A1 en B1) gaan uit van een verdere m ondialisering van de w ereldbevolking en -econom ie, met een bevolkingsgroei die plekt In het midden van de 21e eeuw en daarna daalt, samen met snelle economische veranderingen en een sterke evolutie naar een diensten- en Inform atle-econom le. De scenario's 2 (A2 en B2) veronderstellen daarentegen een evolutie naar een meer lokaal georiënteerde wereldbevolking en -econom ie, met meer gefragmenteerde technologische evoluties. Het verschil tussen de scenario's 1 en 2 heeft dus In h oofdzaak te maken m et het verschil tussen de evolutie naar een meer mondiale wereld o f naar een meer regionaal georiënteerde wereld. Het verschil tussen de scenario's A en B heeft anderzijds te maken m et de graad van mllleuduurzaam held In de verdere evolutie van de wereld. Bij de scenario's B gaat men uit van een evolutie die maximaal rekening houdt met de Interacties tussen economie, sociale aspecten en de Impact op het milieu, en die uitgaat van een algemene verm indering In het gebruik van materialen en de Introductie van propere en duurzamere technologieën. De scenario's A gaan uit van een verdere econom i sche groei met tragere technologische vernieuwingen. Ais gevolg hiervan kunnen de concentraties van de broeikasgassen In de atm osfeer verder blijven toenem en to t het jaar 2100 m et In het m eest pessimistisch scenario een verdrievoudiging van de CC>2 -u tstoot. Een ander scenario Is d a t deze eerst toenem en to t het m idden van de volgende eeuw en daarna o p n ie u w dalen. De meeste eerder uitgevoerde Internationale Im pactstudies rond klim aatverandering gaan u it van het A2-scenarlo, w a t eerder een bovengrens geeft van de potentiële Impact. S ch a lin g s m e th o d e n Verder zijn er verschillende soorten schalingsmethoden: Dynamische schallng va n u it GCM's gebruik m akend van RCM's; Statistische o f empirische schallng, w aarbij empirische o f statistische verbanden w orde n g e b ru ikt tussen de klim atologische variabelen en de hydrologische m odel- Invoervarlabelen, bv. op basis van regressletechnleken en stochastische m ethoden. G e s ele c te erd e m e th o d e W ijïlgjm ji.n hydiulöjjisdl systeem ^ HydroJugisdi mudel I. re&oluiie E Hydrologisch model 2, resolutie 2 Hydrologisch model i, résolu ile : Empirische itnulyse In de voorgestelde studie zijn sim ulatieresultaten m et klim aatm odellen voor België gebruikt, zoals afgeleid In het kader van het Europese onderzoeksproject PRUDENCE ("P rediction o f Regional scenarios and Uncertainties fo r Defining EuropeaN Clim ate change risks and Effects"). Het betreft een com binatie van een fysisch gebaseerde m ethode voor het m odelleren van de kllm aatveranderlngsscenarlo's op basis van m ondiale klim aatm odellen (GCM's) en regionale klim aatm odellen (RCM's), w aardoor gelijktijdig een dynamische schallng w o rd t doorgevoerd. Dagwaarden zijn gegenereerd op een ruim telijke rasterschaal van 24 km to t 59 km. Verdere schallng naar de ruim telijke schaal van een hydrografisch rlvlerbekken en naar de uurlljkse tijdschaal die nodig Is voor hydrologische Impactanalyse Is daarna statistisch doorgevoerd (figuur 3). De m eest eenvoudige m ethode hierbij, die In haast alle voorgaande Internationale studies rond hydrologische Impactanalyse van klim aatverandering Is toegepast, Is de veronderstelling dat het procentueel verschil In de w aarde van de hydrologische m odellnvoervarlabele voor de kleine schaal ten gevolge van klim aatverandering nagenoeg overeenstem t m et het verschil voor de grote schaal. Deze veronderstelling Is onderzocht In de studie, en b lijkt geldig Indien men de Im pact onderzoekt op overstrom lngs- en laagwaterrlslco's langs de grotere rivieren. Voor de beken en rioleringen dient men een meer complexe statistische downscallngsm ethode uit te werken. 1/2007 H e t In g e n ie u r s b la d 3 1

5 Klim aatverandering Figuur 3: "Downscaling" van tijd - en ruimteschalen via dynamische schaling (van mondiale naar regionale klimaatmodellen) en statistische schaling naar de kleine hydrologische schalen. Klimaatveranderingsscenario's voor Vlaanderen De resultaten van de RCM's gesimuleerd In hetprudence project zijn geanalyseerd voor 10 verschillende RCM's, voor verschillende broeikasgasemissiescenario's (vooral A2 en B2) en bij verschillende Initiële condities voor de m odellen (ook "ensem ble-m em bers" genoem d). V oor elk van de sim ulaties zijn door het KMI m odelresultaten afgeleid voor neerslag en potentiële evapotransplratle (ETo) voor de locatie dichtst bij Ukkel. De afgelelde sim ulatieresultaten w orde n hierna "klim aatveranderingsscenario's" genoem d. In het totaal zijn 24 scenario's bepaald. T o e n a m e in w in te rn e e rs la g In figuur 4 Is voor deze scenario's de relatieve toenam e In de w interneerslag w eergegeven van de huidige kllm aatcondltles to t deze In het jaar Het Is In de S cb iial G C M s 11M -.KM In u : - mmndctij k*> Sol Scha») R C M s I Lí 64 k m ; ila t ij ijl i) H y d ro lo g is c h e schaal (1-5 k in : «u H ij k s i figuur duidelijk dat de verw achte neerslagtoenam e sterk afhankelijk Is van het gekozen klim aatm odel, sim ulatie en scenario. De onzekerheid op de potentiële klim aatveranderingsscenario's Is dus bijzonder groot, w a t ook de hydrologische Impactanalyse van klim aatverandering zeer onzeker maakt. De vraag stelt zich o f deze onzekerheid verder gereduceerd kan w orde n door bepaalde kllm aatslm ulatles via statistische analyse te verw erpen. Een m ogelijke m ethode bestaat er In om via een statistische hypothesetoetslng de consistentie te controleren van de sim ulatieresultaten m et de klim aatm odellen voor de referentieperiode m et de historische w aarnem ingen te Ukkel. Probleem hierbij Is evenwel dat een grote afw ijkin g m et de historische neerslag niet noodzakelijk Im pliceert d a t ook de voorspelde effecten van klim aatverandering onnauw keurig zijn. Daarom Is de vergelijking m et de Ukkel-neerslag enkel doorgevoerd voor de simulaties m et de klim aatm odellen w aarvoor zeer hoge o f zeer lage neerslag o f ETo-veranderlngen w orden gevonden (dus voor de scenario's die sterk afw ijken van de andere scenario's). In figuur 4 zijn de scenario's die In aanm erking kom en voor potentiële verw erping aangeduld. Aangezien voor al deze RCM -slmulatles In de referentieperiode sterk afw ijkende resultaten m et de historische Ukkel-neerslag w orden gevonden, zijn zij allen verw orpen. Tabel 1 beschrijft voor het % neerslag- en ETo-veranderlng In w in te r en zom er de gem iddelde w aarden, de ondergrenzen en de bovengrenzen, na w egla tin g van de verw orpen scenario's. De ondergrens- en bovengrenswaarden zijn uiteraard niet ais absolute onder- en bovengrenzen te beschouwen. Ook kunnen w ij er voorlopig geen kansen mee associëren. Zij dienen beschouw d te w orden ais 'lage' en 'hoge' scenario's, die een aanduiding geven van de onzekerheid die betrokken Is In de Inschatting van de Im pact van klim aatverandering. De gem iddelde, ondergrens- en bovengrens-waarden w o r den daarom hierna het m idden, laag en hoog klim aatveranderingsscenario genoem d (zie ook figuur 4). Suni RfM ; IIC DM M E IN CNRM =TH #» * * G K5Ä MCP K ä ftfl SS EM3 * * * *» # WimnatsimulatiM I + v v w p t f l U r n i i w r u ^ * pctroddcfcil fioeg *n Inüyi H B W 4 K.U L ftfrtfl O *» n a rio KNMI Ö * J W «««Atrio'» KNMI W * «canario KNMI Figuur 4: Percentage verandering in winterneerslag volgens het midden, laag en hoog klimaatveranderingsscenario, en vergelijking met de KNMI-2006 scenario's. # * * In fig u u r 4 Is een v e rg e lijkin g g e m a a kt tussen onze scenario's en de n ieuw e klim aatveranderingsscenario's die recent zijn voorg e ste ld In N ederland d o o r het KNMI pl. H et KNM I h e e ft een gem id d e ld e en een hoog scenario, o vereenkom stig de ve ro n d e rste lling van een g e m id d e ld e te m p e ra tu u rs tijg in g m et 1 C (het zogenaam de scenario G: g e m a tig d scenario) o f 2 C (het scenario W : w a rm scenario). Verder hebben zij bij h e t sim uleren van de klim a a tm o d e lle n tw e e opties verondersteld: een sterke en een m inder sterke ve randering In de atm osferische circulatie. De zogenaam de scenario's G+ en W + ve ronderstellen een sterke vera n d e rin g. Belde opties blijken Im m ers zeer gro te verschillen In resultaten te geven, vooral m.b.t. de zom erneerslag. V eranderingen In de atm osferische circulatie g e e ft m in der zo m e rb u ie n, m aar m eer buien v a n u it o ostelijke ric h tin g, en bijgevolg gem id d e ld lagere neerslagvolum es In de zomer. V oor de w in te r zijn de verschillen m e t onze scenario's evenw el klein; de neerslagtoenam e Is van dezelfde g ro o tte o rd e : 0% to t 15% to e nam e In de w in te rn e e rs la g, m et een gem iddelde schatting van 7 o f 8 %. 32 I H e t In g e n ie u r s b la d 1/2007

6 Klim aatverandering Variabele Seizoen Laag scenario Midden scenario Hoog scenario W inter 0 % toename 8 % toename 16% toename Neerslag verandering Zom er 2 0 % afnam e 13 % afnam e 6 % afnam e W inter 27 % toename 17 % toename 6 % toename ETo-verandering Zom er 2 5 % to enam e 15 % to enam e 4 % to enam e Tabel 1: Gemiddelde en boven- en ondergrenzen van het % neerslag- en ETo-verandering, na verw erping meest inconsistente klimaatsimulaties. Besluit De klim aatveranderingsscenario's zoals hierboven voor Vlaanderen afgeleid kunnen g e b ru ikt w orde n voor het kw antificeren van de Im pact van klim aatverandering op hydrologische condities zoals overstrom lngskansen en -risico's en de kansen op kritieke laagw atercondltles langs onze Vlaamse rivieren. D it w o rd t In het kaderstuk geïllustreerd voor het D enderbekken (zie p d f van de uitgebreide versie van d it artikel op www. hetingenieursblad.be). Door het m idden, laag en hoog scenario door te rekenen en de resultaten te vergelijken w o rd t een Indicatie verkregen van de onzekerheid In de hydrologische Im pactresultaten t.g.v. de onzekerheden In de huidige Inschatting van de toekom stige evolutie van het klim aat. De onzekerheid kan evenwel nog g roter zijn, bv. Indien de klim aatm odellen een aantal fysische processen die essentieel zijn voor het voorspellen van de langeterm ljn trends en eventuele trendbreuken In het klim aat niet bevatten door beperkingen In de huidige w etenschappelijke kennis over het klim aat. Zoals door Kroonenberg Is aangetoond voor het voorbeeld van de Kaspische Zee, b lijkt het Immers zeer m oeilijk om trendbreuken In hydrom eteorologische trends te voorspellen [4f De huldig afgelelde klim aatveranderingsscenario's zijn gebaseerd op de Ukkel-neerslag. In Vlaanderen kom en evenwel ruim telijke variaties voor (bv. lagere neerslagvolumes aan de kust). In de vervolgstudie gaan w e nog verder na o f de neerslagveranderlngen regionale verschillen vertonen voor Vlaanderen. W e onderzoeken ook o f de verandering In extreme neerslagen ETo-condltles verschillen van de selzoensgem lddelde veranderingen, zoals In deze studie gebruikt, en hoe de Impactanalyse overeenkom stig kan w orde n verfijnd. De studie zal eveneens de hydrologische Im pact voor een g ro o t aantal rivieren doorrekenen, ruim telijke verschillen analyseren en de Im pact op het overstrom lngsgevaar langs rioleringen bestuderen. Referenties 1. Boukhrls, O.F., W illem s, P., Berlam ont, J., "M e th o d e voor het Inrekenen van de k lim a a tve ra n d e rin g In de c o m p o s le th yd ro g ra m m e th o d e ", R apport do o r H ydraulica K.U.Leuven In op d ra ch t van de Vlaam se O verheid - D ep arte m ent M o b ilite it en O penbare W erken A fd e lin g - W a te rb o u w k u n d ig Labo rato rium, I.s.m. IM DC, Bestek nr. 16 E B /0 2 /1 9, e in d ra p p o rt no ve m b er In tergo ve rnm ental Panel on C lim ate C hange (IPCC), "Third Assessm ent R eport (TAR)", KN M I, "K lim a a t In de 21ste eeuw : vier scenario s voor Nederland", Koninklijk M eteorologisch Instituut, De Bilt, Nederland. 4. K roonenberg S., "D e m enselijke m a a t - De aarde over tienduizend ja a r", Uitgeverij Atlas, Am sterdam /Antwerpen. 5. Rom bauts, S.,W illem s, P., "In v e n ta rls ta tle,o p m a a k v a n num erlke hydologlsche m odellen en o p ste llen van c o m p o slethyd rog ram m en voor het D en derb ekke n", R apport d o o r A fd e lin g H ydraulica K.U.Leuven In o p d ra cht van A W Z - A fd e lin g w a te rb o u w k u n d ig la b o ra to riu m en hydro log isch on de rzoe k, I.s.m. IM DC, Bestek nr. 16 E B /0 2 /1 9, 5 d e elra pporte n, ap ril W illem s, P., Qvick, A., Vaes, G., B erlam ont, J., C hrlstlaens, K., Feyen, J., "A lgem ene m e th o d o lo g ie voor he t m o de lle ren van de w a te ra fv o e r In bevaarbare w a te rlo p e n In V la a n d e re n ", Rapport do o r K.U.Leuven In op d ra ch t van AW Z - A fd e lin g w a te rb o u w k u n d ig la b o ra to riu m en hydro logisch onderzoek, ap ril De auteurs P atrick W ILLEM S Is b u rg e rlijk b o u w k u n d ig In g e n ie u r en d o c to r In de In g e n ie u rsw e te n schap p e n. Hij Is m o m e n te e l p o std o c to ra a l onderzoeke r v o o r he t Fonds v o o r W e te n s c h a p p e lijk O n d e rzo e k V la a n d e re n en g a s td o c e n t aan de K.U.Leuven. Hij v o e rt o n d e rzo e k u it naar de m a th e m a tis ch e m o d e lle rin g van w a te rlo p e n en de s ta tistisc h e analyse van hydrologische extrem en. patrick.willems@bwk.kuleuven.be O m ar BOUKHRIS Is b u rg e rlijk b o u w k u n d ig In g e n ie u r en d o c to ra n d u s aan de K.U.Leuven. Hij v o e rt sinds ein d e he t o n d e rzo e k u it naar de h y d ro lo g is che Im pact van k lim a a tv e ra n d e rin g o p h y d ro lo g is ch e extrem en. omar.elfarouk@student.kuleuven.be Jean BER LAM ONT Is b u rg e rlijk b o u w k u n d ig Ingenieur, d o c to r In de In g e n ie u rsw e te n schappen en g e w o o n h o o g le ra a r aan de K.U.Leuven. Hij c o ö rd in e e rt ais a fd e lin g s h o o fd van de A fd e lin g H yd raulica het w e te n s c h a p p e lijk o n d e rzo e k m.b.t. de h y d ro lo g ie en hydra u lica van rioleringen en w aterlopen, en van kusten en estuaria. jean. berlamont@bwk. kuleuven.be K atrlen VAN EERDENBRUGH Is b u rg e rlijk b o u w k u n d ig In g e n ie u r en Peter VIAENE b lo -ln g e n le u r bij het W a te rb o u w k u n d ig Labora to riu m van de V laam se O verheid. Zij c o ö rd in e re n m o d e lle rln g s - en o n d e rz o e k s a c tiv ite ite n m.b.t. w a te rb e h e e rs in g la ngs de Vlaam se bevaarbare w aterlopen. katrien. vaneerdenbrugh@mow. vlaanderen.be Joris BLANCKAERT Is b u rg e rlijk b o u w k u n d ig In g e n ie u r bij stu d ie b u re a u IM DC. Hij v o e rt p ro je c te n u it m.b.t. de m a th e m a tis ch e m o d e lle rin g van rivie re n en de b ijh o re n d e s ta tistische analyse. joris. blancka ert@im dc.be 1/2007 H e t In g e n ie u r s b la d 33

7 K lim aatverandering Hydrologische impactanalyse voor de Dender Voor het analyseren van de impact van de klimaatveranderingsscenario's op hydrologische extremen langs onze waterlopen, is de Dender ais testcase beschouwd. Hierbij zijn de hydrologische en hydrodynamische modellen gebruikt die in het verleden zijn opgebouwd door de Afdeling Hydraulica van de K.U.Leuven in opdracht van de Vlaamse Overheid. in figuur 6 het gemiddeld percentage w ijziging weergegeven van het huidig klim aat naar het verwachte klim aat in 2100, volgens het m idden, laag en hoog klimaatveranderingsscenario. Door Rombauts & W ille m s151 zijn hydrologische modellen afgeijkt voor elk van de 12 deelbekkens in het Denderbekken (zie figuur 5) en zijn voorkomingskansen bepaald van kritieke hoogwater- en laagwaterdebieten, conform de m odelleringsmethodologie zoals toegepast bij het W aterbouwkundig Laboratorium van de Vlaamse Overheid161. Figuur 6: Gemiddeld percentage verschil in hydrologische im pact op basis van vier hydrologische m odelvariabelen voor deelbekken en het midden, laag en hoog scenario (klim aat 2100). Figuur 5: De drie geselecteerde deelbekkens in het Denderbekken. Om de impact van klimaatverandering door te rekenen, zijn het midden, laag en hoog scenario toegepast op de uurlijkse neerslag en potentiële evapotranspiratie (ETo). De methode is toegepast voor drie deelbekkens met variërende gebiedseigenschappen (figuur 5). Het deelbekken van de Molenbeek langs Geraardsbergen (zone 410 in de Vlaamse Hydrografische Atlas (VHA)) is een stedelijk deelbekken met beperkte ruim telijke topografische variaties en een leem ondergrond. VHA-zone 433 van de Vondelbeek langs Opwijk heeft de meest vlakke topografie, en omvat gedeelten van de steden Aalst en Dendermonde. VHA-zones 431 en 432 van de Molenbeek langs Erpe-Mere beslaan een landelijk gebied met een ruime landbouwoppervlakte en een relatief steile topografie. Door vergelijking van de impactresultaten voor deze drie deelbekkens, w o rdt een indicatie bekomen van de ruimtelijke variaties in de impactresultaten ten gevolge van ruimtelijke verschillen in gebiedseigenschappen zoals topografie en landgebruik. Voor de drie deelbekkens is de impact van klimaatverandering doorgerekend to t het jaar De effecten op de piekafvoeren zijn geanalyseerd versus de gemiddelde herhalingsperiode (vb. de piekafvoeren die gemiddeld eenmaal per 10 jaar, 50 jaar, 100 jaar, enz. voorkomen). Ook is de impact bestudeerd voor de uurlijkse laagwaterextremen, de cumulatieve neerslagafstromingsvolumes, de infiltratie- en percolatievolumes, de cumulatieve volumes en piekdebieten voor de oppervlakte-afstroming en grondwaterafstroming, de werkelijke evapotranspiratievolumes, enz. Voor vier van deze variabelen zijn Door de sterke daling in de zomerneerslag en de toenam e in de verdam ping, kunnen de neerslagafstrom ingsvolum es aanzienlijk dalen. Tijdens droge zomers kunnen de laagste grondw aterafstro- mingen naar de rivier met meer dan 50% dalen. Het is duidelijk dat d it de kans op w atertekorten aanzienlijk kan doen toenemen, w a t nadelige gevolgen kan hebben voor de drinkw aterproductie, de diepgang voor de scheepvaart, voor de w aterkw aliteit, de ecologische condities, enz. De toename van de kans op overstromingen, die vaak met klim aatverandering w ordt geassocieerd, blijkt uit de resultaten minder duidelijk. Het teken van de trend op de piekafvoeren b lijkt afhankelijk van het relatieve belang van de toename in de winterneerslag versus de afname in de zomerneerslag, en van het relatieve belang van de trends in de neerslag versus de toename in de evapotranspiratie (figuur 7). Dit relatieve belang b lijkt sterk te wijzigen van klim aatsim ulatie to t klimaatsimulatie. Piekafvoeren in een rivier zoals de Dender nemen in het meest extreme scenario met niet meer dan 15% toe. Evaporatie V?rand, effect ^ Neerslag vwand.effwt Zomer vwaodeffect Figuur 7: De im pact van klim aatverandering op het Winter wmfelfert overstromingsrisico kan zowel positief ais negatief zijn, afhankelijk van hoe het effect van de toenam e in de w in terneerslag zich verhoudt to t het effect van de afnam e in de zomerneerslag, en van hoe het effect van de neerslagtoenam e zich verhoudt to t het effect van de ETo-toename. Het is uit de resultaten duidelijk dat de droogteproblematiek in de toekomst zal toenemen, in grotere mate dan dit voor de overstromings- problematiek het geval zal zijn. Het ECC-klimaatmodel van het Deens 33A I H e t In g e n ie u r s b la d 1/2007

8 Klim aatverandering Meteorologisch Instituut (DMI) voorspelt voor het A2 broeikasgasemissiescenario de grootste impact op de neerslagafstromingsvolumes. Dalingen tot 75% worden teruggevonden voor de cumulatieve neerslagafstromingsvolumes in deelbekkens 431, 432 en 433. Dit wordt veroorzaakt door de grote ETo-perturbaties van +35% in de winter en +40% in de zomer voor dit model. In vergelijking met de andere klimaatmodellen voorspellen de simulaties met het klimaatmodel van het Britse Hadley Center meer gematigde variaties in neerslagafstromingsvolume, maar toch nog oplopend tot een daling van 20%. Wat de invloeden op de hydrologische modelvariabelen betreft, blijkt dat de invloed op de piekdebieten en de andere hydrologische variabelen het grootst is voor deelbekken 433, door de hoge verstedelijkingsgraad van dit deelbekken (meer verharding). Resultaten zijn dus in ieder geval sterk afhankelijk van gebiedseigenschappen en dus ruimtelijk sterk variabel. De studie geeft nieuwe inzichten in de effecten van toekomstige klimaatverandering. Het is duidelijk dat bij toekomstige ontwerpen en/ of maatregelen voor waterbeheer best rekening w ordt gehouden met de invloed van mogelijke klimaatverandering. De onzekerheden, zoals weerspiegelt in de verschillen van de resultaten bij het midden, laag en hoog klimaatveranderingsscenario, zijn evenwel nog zeer groot. Daarom moeten de evoluties van het klimaat de volgende jaren verder nauwgezet opgevolgd worden, en w ordt bij nieuwe projecten voor waterbeheersing best rekening gehouden met de mogelijkheid om preventieve maatregelen te nemen. Vooral de verwachte problematische waterbeschikbaarheid in de zomer vraagt verdere aandacht. Term inologie E vapotranspiratie: C om binatie van evaporatie (= verdam ping) en tra n s p ira tie (vochtverlies aan de atm osfeer) aan de op p e rvla kte ten gevolge van vrije w a te ro p p e rvla kke n, begro eiing en vocht in de bovenste gro ndlaag. De p o te n tië le evapotranspiratie is de m axim aal m og elijke evapotranspiratie bij een w elbepaalde lu chttem pe ratuu r, lu ch tvo ch tig heid, zonnestraling, w indsn elheid, enz. voo r een re fe re n tie v e g e ta tie (k o rt gras). De w e rk e lijk e e va potra nsp iratie is lager; ze is b e p e rkt d o o r de beschikbaarheid van w a te r in de on de rgron d. N eerslagafstrom ing: A fs tro m in g van h e m e lw a te r langs de o p p e rvla kte en langs de o n d e rg ro n d naar de w a te rlo o p. K lim aatm odel: M odel da t de fysische processen in de atm osfeer beschrijft, alsook de interacties m et de andere com ponenten van het klim aatsysteem zoals de oceanen en de la nd opp ervlakte. In filtra tie : In d rin g in g in de o n d e rg ro n d van afstrom e nd h e m e lw a te r aan de op pe rvlakte. Percolatie: D o o rd rin g in g van bo de m vocht naar h e t gro n d w a te r. P iekafvoer: Het hoogste d e b ie t in de w a te rlo o p tijd en s een periode van hoge neerslagafstrom ing. 1/2007 H e t In g e n ie u r s b la d 33B